一种级联型混合直流低频振荡控制方法、系统和计算设备技术方案

本发明专利技术公开了一种级联型混合直流低频振荡控制方法、系统和计算设备，所述方法包括：在时域仿真中，预先设置混合直流整流侧定电流控制器的电流整定值由1 p.u.增加至1.02p.u，测量电流整定值变化导致的交流系统发动机的转速振荡数据；基于转速振荡数据，利用基于TLS

【技术实现步骤摘要】
一种级联型混合直流低频振荡控制方法、系统和计算设备


[0001]本专利技术涉及一种级联型混合直流低频振荡控制方法、系统和计算设备，属于高压直流输电混合直流


技术介绍

[0002]级联型混合直流系统结合了常规直流输电系统和柔性直流输电系统的优点，是直流输电技术的重要发展方向。受端级联型混合直流的整流站由2组12脉动LCC串联构成，逆变站由1组12脉动换相换流器(LCC)和电压源换流器(VSC)并联组串联构成，并将低端VSC扩展为多个VSC并联并落点于不同区域电网，形成了多端系统，赋予了多个VSC逆变站功率分配的能力。
[0003]低频振荡实际上是一种出现在互联电力系统联络线上的功率动态振荡，其频率约在0.1～2.5Hz范围内。电网中大量使用的快速励磁装置，使系统产生负阻尼并抵消原有的正阻尼，从而导致系统总阻尼变得很小甚至为负。在负阻尼情况下出现的扰动会被逐步放大，最后表现为发电机功率和功角发生改变。严重时还会造成系统失去稳定甚至解列。
[0004]现有技术中利用VSC
‑
HVDC系统功率调制对电网低频振荡进行抑制，未充分利用混合直流的快速可控性，仅适用于交流电网。现有技术中通过设计广域电力系统稳定器对电网低频振荡进行抑制，具有无法应用于级联型混合直流系统的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种级联型混合直流低频振荡控制方法、系统和计算设备，能够抑制交流系统低频振荡，保证电力系统稳定。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种级联型混合直流低频振荡控制方法，所述方法包括：
[0007]在时域仿真中，预先设置混合直流整流侧定电流控制器的电流整定值由1p.u.增加至1.02p.u，测量电流整定值变化导致的交流系统发动机的转速振荡数据；
[0008]基于转速振荡数据，利用基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法对低频振荡模态进行辨识，得到辨识结果；
[0009]根据辨识结果，基于线性二次型最优控制理论得到半正定矩阵Q、正定矩阵R和最优控制向量的状态反馈增益矩阵K，根据得到的矩阵Q、R和K，配置直流附加控制器；
[0010]将配置完成的直流附加控制器安装在混合直流系统整流侧定电流处，以实现对交流系统低频振荡的控制。
[0011]结合第一方面，进一步地，所述时域仿真采用混合直流PSCAD仿真模型。
[0012]结合第一方面，进一步地，通过混合直流PSCAD仿真模型的数据测量单元采集交流系统发电机在扰动前后的转速振荡数据。
[0013]结合第一方面，进一步地，所述基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法对低频振荡模态进行辨识，包括：
[0014]将转速振荡数据写为频率与阻尼系数的形式；
[0015]将测量得到的转速振荡数据写为Hankel数据矩阵X
H
；
[0016]对数据矩阵X
H
进行奇异值分解并整理，得到控制系统的状态空间矩阵；
[0017]根据转速振荡数据，得到振荡模态c；
[0018]基于振荡模态c，得到低频振荡的参数，包括幅值、初始相位、角频率及衰减因子。
[0019]结合第一方面，优选地，将转速振荡数据写为频率与阻尼系数的形式，通过下式表示：
[0020][0021]式(1)中，x(n)为转速振荡数据，T
s
为采样周期，P为信号中正弦分量数的2倍，a
i
、Φ
i
、ω
i
和σi分别为第i个衰减分量的幅值、初始相位、角频率及衰减因子，j为虚数单位，c
p
为第p个振荡模态，z
pn
为信号极点，w为均值为0的白噪声。
[0022]结合第一方面，优选地，将测量得到的转速振荡数据写为Hankel数据矩阵X
H
，通过下式表示：
[0023][0024]式(2)中，M为Hankel矩阵的行数，L为Hankel矩阵的行数，矩阵满足L>P，且M>P，L+M
‑
1＝N的关系。
[0025]结合第一方面，优选地，对数据矩阵X
H
进行奇异值分解并整理，包括：
[0026]对数据矩阵X
H
进行奇异值分解，得到信号子空间V
s
与噪声子空间V
n
，通过下式表示：
[0027][0028]式(3)中，svd表示奇异值分解，H表示共轭转置，U和V为正交矩阵，Σ为奇异值矩阵；
[0029]除去Vs首行得到矩阵V1，除去末行得到矩阵V2；忽略噪声和干扰并考虑误差E，存在满足以下条件的可逆矩阵Ψ：
[0030]V2+E2＝(V1+E1)ψ
ꢀꢀꢀ
(4)
[0031]使用奇异值将正交矩阵V分解为4个P
×
P的矩阵得到，表示为：
[0032][0033]ψ
op
＝
‑
V
′
12
V
′
21
‑1ꢀꢀꢀ
(6)
[0034]式(5)中，V
’
为分解后的正交矩阵；
[0035]式(6)中，Ψ
op
为分解后正交矩阵的可逆矩阵，求解Ψ
op
的特征值λ
p
(p＝1,2,3,
…
P)；
[0036]通过式(5)和(6)，得到使总体误差∥E1，E2∥最小的数据矩阵X
H
的最优解。
[0037]结合第一方面，优选地，还包括：
[0038]结合第一方面，优选地，奇异值矩阵Σ的对角元素d
i
为Hankel矩阵的第i个奇异值。
[0039]结合第一方面，优选地，根据转速振荡数据，得到振荡模态c，包括：
[0040]考察测量到的转速振荡数据，低频振荡的模态，通过下式计算：
[0041]c＝[c
1 c2ꢀ…ꢀ
c
P
]T
＝(λ
H
λ)
‑1λ
H
Y
ꢀꢀꢀ
(7)
[0042]式(7)中，c为低频振荡的模态，p为第p个振荡模态，λ为特征值，Y为采样的信号；
[0043]通过最小二乘法求得幅值和初始相角信息，对N点采样信号，有
[0044]Y＝λc＝[x(0) x(1) ... x(N
‑
1)]T
ꢀꢀꢀ
(8)
[0045]低频振荡的参数包括幅值、初始相位、角频率及衰减因子，分别通过下式计算：
[0046]a
i
＝2|c
i
|
[0047]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联型混合直流低频振荡控制方法，其特征在于，包括：在时域仿真中，预先设置混合直流整流侧定电流控制器的电流整定值由1 p.u.增加至1.02p.u，测量电流整定值变化导致的交流系统发动机的转速振荡数据；基于转速振荡数据，利用基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法对低频振荡模态进行辨识，得到辨识结果；根据辨识结果，基于线性二次型最优控制理论得到半正定矩阵Q、正定矩阵R和最优控制向量的状态反馈增益矩阵K，根据得到的矩阵Q、R和K，配置直流附加控制器；将配置完成的直流附加控制器安装在混合直流系统整流侧定电流处，以实现对交流系统低频振荡的控制。2.根据权利要求1所述的级联型混合直流低频振荡控制方法，其特征在于，所述时域仿真采用混合直流PSCAD仿真模型。3.根据权利要求2所述的级联型混合直流低频振荡控制方法，其特征在于，通过混合直流PSCAD仿真模型的数据测量单元采集交流系统发电机在扰动前后的转速振荡数据。4.根据权利要求1所述的级联型混合直流低频振荡控制方法，其特征在于，所述基于TLS
‑
ESPRIT的低频振荡辨识算法对低频振荡模态进行辨识，包括：将转速振荡数据写为频率与阻尼系数的形式；将测量得到的转速振荡数据写为Hankel数据矩阵X
H
；对数据矩阵X
H
进行奇异值分解并整理，得到控制系统的状态空间矩阵；根据转速振荡数据，得到振荡模态c；基于振荡模态c，得到低频振荡的参数，包括幅值、初始相位、角频率及衰减因子。5.根据权利要求1所述的级联型混合直流低频振荡控制方法，其特征在于，所述得到最优控制向量的状态反馈增益矩阵K，包括：根据被控系统的状态方程和低频振荡模式辨识结果，基于线性二次型最优控制理论，使用MATLAB语句K1=lqr...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静波，周前，贾勇勇，朱鑫要，贾宇乔，王大江，徐珂，李文博，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：